Соединение потребителей треугольником

В общем случае несимметричной нагрузки активная мощность трехфазного приемника равна сумме активных мощностей отдельных фаз

P = Pab + Pbc + Pca, где

Pab = Uab Iab cos φab;

Pbc = Ubc Ibc cos φbc;

Pca = Uca Ica cos φca;

Uab, Ubc, Uca; Iab, Ibc, Ica – фазные напряжения и токи;

φab, φbc, φca – углы сдвига фаз между напряжением и током.

Реактивная мощность соответственно равна алгебраической сумме реактивных мощностей отдельных фаз Q = Qab + Qbc + Qca, где

Qab = Uab Iab sin φab;

Qbc = Ubc Ibc sin φbc;

Qca = Uca Ica sin φca.

Полная мощность отдельных фаз

Sab = Uab Iab;

Sbc = Ubc Ibc;

Sca = Uca Ica.

Полная мощность трехфазного приемника

При симметричной системе напряжений (Uab = Ubc = Uca = UФ) и симметричной нагрузке (Iab = Ibc = Ica = IФ; φab = φbc = φca = φ) фазные мощности равны Pab = Pbc = Pca = PФ = UФ IФ cos φ; Qab = Qbc = Qca = QФ = UФ IФ sin φ.

Активная мощность симметричного трехфазного приемника P = 3 PФ = 3 UФ IФ cos φ.

Аналогично выражается и реактивная мощность

Q = 3 QФ = 3 UФ IФ sin φ.

Полная мощность S = 3 SФ = 3 UФ IФ.

Т.к. за номинальные величины обычно принимают линейные напряжения и токи, то мощности удобней выражать через линейные величины UЛ и IЛ.

При соединении фаз симметричного приемника звездой

UФ = UЛ / , IФ = IЛ, при соединении треугольником

UФ = UЛ, IФ = IЛ / . Поэтому независимо от схемы соединения фаз приемника активная мощность при симметричной нагрузке определяется одной и той же формулой P = UЛ IЛ cos φ.

где UЛ и IЛ – линейное напряжение и ток;

cos φ – фазный.

Обычно индексы "л" и "ф" не указывают и формула принимает вид P = U I cos φ.

Соответственно реактивная мощность Q = U I sin φ. и полная мощность S = U I.

При этом надо помнить, что угол φ является углом сдвига фаз между фазными напряжением и током, и, что при неизмененном линейном напряжении, переключая приемник со звезды в треугольник его мощность увеличивается в три раза: Δ P = Υ 3P.

Измерение активной мощности в трехфазных цепях производят с помощью трех, двух или одного ваттметров, используя различные схемы их включения. Схема включения ваттметров для измерения активной мощности определяется схемой сети (трех- или четырехпроводная), схемой соединения фаз приемника (звезда или треугольник), характером нагрузки (симметричная или несимметричная), доступностью нейтральной точки.

При несимметричной нагрузке в четырехпроводной цепи активную мощность измеряют тремя ваттметрами (рис. 3.18), каждый из которых измеряет мощность одной фазы – фазную мощность.

Активная мощность приемника определяют по сумме показаний трех ваттметров P = P1 + P2 + P3, где

P1 = UA IA cos φA;

P2 = UB IB cos φB;

P3 = UC IC cos φC.

Измерение мощности тремя ваттметрами возможно при любых условиях. При симметричном приемнике и доступной нейтральной точке активную мощность приемника определяют с помощью одного ваттметра, измеряя активную мощность одной фазы Р. Активная мощность всего трехфазного приемника равна при этом утроенному показанию ваттметра: P = 3 Pф.

На рис. 3.19 показано включение прибора непосредственно в одну из фаз приемника. В случае, если нейтральная точка приемника недоступна или зажимы фаз приемника, включенного треугольником не выведены, применяют схему рис. 3.20 с использованием искусственной нейтральной точки n'. В этой схеме дополнительно в две фазы включают резисторы с сопротивлением R = RV.

Измерение активной мощности симметричного приемника в трехфазной цепи одним ваттметром применяют только при полной гарантии симметричности трехфазной системы.

25. Трансф. Принцип схема передачи эл энергии к потребит. Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрическая машина, состоящая из набора индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе или без него и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока без изменения частоты систем(системы) переменного тока. Трансф осущ преобраз напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике. Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из магнито-мягкого материала. Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.

При передаче электрической энергии от электростанции к потребителям сила тока в линии обуславливает потери энергии в этой линии и расход цветных металлов на ее устройство. Если при одной и той же передаваемой мощности увеличить напряжение, то сила тока в такой же мере уменьшится, а, следовательно, можно будет применить провода с меньшим поперечным сечением. Это сократит расход цветных металлов при устройстве линии электропередачи и снизит потери энергии в ней.

26. Устр-во и принцип действия трансф. Мгновение знач ЭДС перв и втор обмоток. Коэф трансф трансф. Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку. В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

ЭДС, создаваемая во вторичной обмотке, может быть вычислена по закону Фарадея, который гласит, что: , где

U2 — Напряжение на вторичной обмотке,

N2 — число витков во вторичной обмотке,

Φ — суммарный магнитный поток, через один виток обмотки. Если витки обмотки расположены перпендикулярно линиям магнитного поля, то поток будет пропорционален магнитному полю B и площади S через которую он проходит.

ЭДС, создаваемая в первичной обмотке, соответственно:

, где

U1 — мгновенное значение напряжения на концах первичной обмотки,

N1 — число витков в первичной обмотке.

Поделив уравнение U2 на U1, получим отношение:

Коэффициент трансформации трансформатора — это величина, выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи (напряжения, тока, сопротивления и т. д.).

Для трансформаторов с параллельным подключением первичной обмотки к источнику энергии интересует, как правило, масштабирование в отношении напряжения, а значит, коэффициент трансформации n выражает отношение первичного (входного) и вторичного (выходного)напряжений:

где

U1,U2— входное и выходное напряжения соответственно

ε — ЭДС наводимая в каждом витке любой обмотки данного трансформатора

W1,W2 — число витков первичной и вторичной обмоток

I1,I2— токи в первичной и вторичной цепях трансформатора

R1,R2 — активные сопротивления обмоток

Если пренебречь падениями напряжений в обмотках, то есть R1,R2 считать равными нулю, то

Такие трансформаторы еще называют трансформаторами напряжения.

Для трансформаторов с последовательным подключением первичной обмотки к источнику энергии вычисляют масштабирование в отношении силы тока, то есть коэффициент трансформации n выражает отношение первичного (входного) и вторичного (выходного) токов: Кроме того эти токи связаны еще одной зависимостью

где

I1,I2— токи в первичной и вторичной цепях трансформатора

W1,W2 — число витков первичной и вторичной обмоток

I0— ток «холостого хода», состоящий из тока намагничивания и активных потерь в магнитопроводе. Если пренебречь всеми потерями намагничивания и нагрева магнитопровода, то есть I0 считать равным нулю,

То

Такие трансформаторы еще называют трансформаторами тока.

Еще одно из применений трансформаторов с параллельным подключением первичной обмотки к источнику энергии — масштабирование сопротивления. Принцип расчета такого масштабирования тоже основан на передаче мощности, а именно, на условном равенстве мощностей: потребляемой трансформатором из первичной цепи (от источника) и отдаваемой во вторичную (нагрузке), пренебрегая потерями внутри трансформатора. , где

S1,S2 — мощности соответственно потребляемая и отдаваемая трансформатором

∆S— потери в самом трансформаторе (в среднем 1-2 % от), которыми можно пренебречь в данном случае

где

Z1,Z2 — входное сопротивление трансформатора вместе с нагрузкой относительно его первичной цепи и входное сопротивление нагрузки во вторичной цепи соответственно (то есть первое — это нагрузка для источника энергии при наличии трансформатора, второе — при отсутствии)

=> =>

Как видно выше, коэффициент трансформации по сопротивлению равен квадрату коэффициента трансформации по напряжению. Такие трансформаторы иногда называют согласующими (особенно в радиотехнике).

Для любого параметра масштабирования, если n<1, то трансформатор можно назвать повышающим; в обратном случае — понижающим.

27. Опыт ХХ и КЗ в трансформ. Для испытания трансформатора служит опыт холостого хода и опыт короткого замыкания. При опыте холостого хода трансформатора его вторичная обмотка разомкнута и тока в этой обмотке нет. Если первичную обмотку трансформатора включить в сеть источника электрической энергии переменного тока, то в этой обмотке будет протекать ток холостого хода I0, который представляет собой малую величину по сравнению с номинальным током трансформатора. В трансформаторах больших мощностей ток холостого хода может достигать значений порядка 5— 10% номинального тока. В трансформаторах малых мощностей этот ток достигает значения 25—30% номинального тока. Ток холостого хода I0 создает магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Для возбуждения магнитного потока трансформатор потребляет реактивную мощность из сети. Что же касается активной мощности, потребляемой трансформатором при холостом ходе, то она расходуется на покрытие потерь мощности в магнитопроводе, обусловленных гистерезисом и вихревыми токами. Так как реактивная мощность при холостом ходе трансформатора значительно больше активной мощности, то коэффициент мощности cos φ его весьма мал и обычно равен 0,2-0,3. По данным опыта холостого хода трансформатора определяется сила тока холостого хода I0, потери в стали сердечника Рст и коэффициент трансформации К. Силу тока холостого хода I0 измеряет амперметр, включенный в цепь первичной обмотки трансформатора. При испытании трехфазного трансформатора определяется фазный ток холостого хода. О потерях в стали сердечника Pст судят по показаниям ваттметра, включенного в цепь первичной обмотки трансформатора. Коэффициент трансформации трансформатора равен отношению показаний вольтметров, включенных в цепь первичной и вторичной обмоток.

При коротком замыкании вторичной обмотки сопротивление трансформатора очень мало и ток короткого замыкания во много раз больше номинального. Такой большой ток вызывает сильный нагрев обмоток трансформатора и приводит к выходу его из строя. Поэтому трансформаторы снабжаются защитой, отключающей его при коротких замыканиях. При опыте короткого замыкания вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, т. е. напряжение на зажимах вторичной обмотки равно нулю. Первичная обмотка включается в сеть с таким пониженным напряжением, при котором токи в обмотках равны номинальным. Такое пониженное напряжение называется напряжением короткого замыкания и обычно равно 5,5% от номинального значения. По данным опыта короткого замыкания определяется напряжение короткого замыкания uк %, его активная uа % и реактивная ux % составляющие, потери на нагревание обмоток трансформатора Pобм при номинальной нагрузке и активное, реактивное и полное сопротивления трансформатора при коротком замыкании rk, xk и zk. Потери в обмотках указываются ваттметром. Активное, реактивное и полное сопротивления короткого замыкания трансформатора определяются следующими выражениями:

где Uk, I и Pk- напряжение, сила тока, мощность, указываемые измерительными приборами, включенными в цепь первичной обмотки трансформатора. При испытании трехфазного трансформатора следует в приведенных выше выражениях подставить фазные значения напряжения, тока и мощности. Напряжение короткого замыкания и его активная и реактивная составляющие равны:

где Uн и Iн — номинальные напряжения и сила тока вторичной (первичной) обмотки трансформатора.

28. Эл схема транс при нагрузке. Т-образная схема замещения трансформатора.

На рисунке показана эквивалентная схема (электрическая схема, в которой все реальные элементы заменены максимально близкими по функциональности цепями из идеальных элементов) трансформатора с подключенной нагрузкой, как он видится со стороны первичной обмотки.

Здесь T — коэффициент трансформации, L12 — «полезная» индуктивность первичной обмотки, L1п, L2п — индуктивности первичной и вторичной обмотки, связанные с рассеянием,R1п, R2п — активные сопротивления первичной и вторичной обмотки соответственно, Zн — импеданс нагрузки.

29. Схема замещ трансф. Ток ХХ трасф. Упрощ схема. Режимом холостого хода трансформатора называют режим, когда вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на первичную обмотку подается номинальное напряжение U1н. Режим холостого хода осуществляют по схеме:

По результатам опыта имеем параметры холостого хода:

приложенное первичное напряжение U1;

вторичное напряжение U2 = E2;

ток холостого хода I0;

мощность, потребляемая на холостом ходу P0.

Полезная мощность трансформатора P2 = 0, но потребляемая мощность P0 расходуется на магнитные потери (потери в стали Рст от перемагничивания сердечника) и электрические потери в первичной обмотке. Потери мощности в стали Pст с изменением нагрузки остаются неизменными.

Потери холостого хода затрачиваются на потери мощности от вихревых токов, наводимых в магнитопроводе, и от перемагничивания петли гистерезиса.

По полученным данным из опыта холостого хода можно рассчитать следующие величины:

коэффициент трансформации

коэффициент мощности холостого хода

ток холостого хода в процентах

полное сопротивление

Согласно схемы замещения трансформатора на холостом ходу ; ;

где rM и xM – активная и реактивная составляющие сопротивления контура намагничивания.

Схема замещения трансформатора в режиме холостого хода:

Реактивная составляющая тока холостого хода создает основной магнитный поток

30. Измен на зажимах втор обмотки трасф при нагрузке. Коэф нагрузки. Внешняя хар-ка трансф. Изменение напряжения Δ U ₂на зажимах вторичной обмотки трансформатора при переходе от режима холостого хода с номинальным напряжением U _2нк номинальному режиму нагрузки обычно выражается в процентах от номинального напряжения, т.е.,

Аналитическое выражение ΔU₂ ,известное из теории трансформатора, имеет вид

, %.

Здесь

– коэффициент нагрузки,

cosφ ₂ – коэффициент мощности нагрузки.

Напряжение на зажимах вторичной обмотки

Для коэффициента полезного действия трансформатора в соответствии с теорией справедливо выражение

.

Здесь Р ₀ – потери холостого хода, Р _к – потери короткого замыкания,

S _н – номинальная мощность трансформатора в ВА.

При работе трансформатора под нагрузкой снижены его внешние и рабочие характеристики. В режиме холостого хода I ₂ = 0 и коэффициент мощности невелик (cosφ ₁ = сosφ ₀). С ростом нагрузки растет ток вторичной обмотки I ₂ , что приводит к увеличению cosφ ₂. Внешние характеристики трансформатора:

31. КПД трансф. Магн потери в стали и в обмотках трансф. Зависим КПД от коэф нагрузки трансф. Для КПД трансф в соответствии с теорией .

Здесь – коэффициент нагрузки,

cosφ ₂ – коэффициент мощности нагрузки.

Р ₀ – потери холостого хода, Р _к – потери короткого замыкания, S _н – номинальная мощность трансформатора в ВА.

В режиме ХХ I ₂ = 0 и коэф мощн невелик (cosφ ₁ = сosφ ₀). С ростом нагрузки растет ток вторичной обмотки I ₂ , что приводит к увеличению cosφ ₂. Вследствие малого изменения магнитного потока при изменении нагрузки трансформатора, потери в стали практически остаются постоянными. Потери в меди обмоток являются переменными потерями и растут пропорционально квадрату тока нагрузки.

При малых нагрузках потери в меди обмоток значительно меньше потерь в стали, и к.п.д. с увеличением нагрузки растет. При значит нагрузках переменные потери заметно возрастают и, когда они становятся равными постоянным потерям, к.п.д. достигает наибольшего значения. Дальнейшее увеличение нагрузки сопровождается быстрым ростом переменных потерь, в результате чего к.п.д. трансформатора уменьшается.

32. Полупроводниковые приборы. Электропроводность полупроводник и образ p-n-перехода. Потенц барьер и эл поле нагряж. К простейшим полупроводниковым приборам относятся те, которые состоят из одного полупроводника с собственной проводимостью. Это терморезисторы и фоторезисторы – устройства, изменяющие своё сопротивление в зависимости от температуры и/или освещённости. Более сложно устроены термоэлементы и фотоэлементы, а также диоды и триоды, так как состоят из нескольких полупроводниковых веществ и уже не с собственной, а с примесной проводимостью. Термо- и фоторезисторы не создают электрический ток, а лишь меняют своё сопротивление току, идущему через них. Под влиянием тепла или света увеличивается число свободных электронов и дырок, в результате чего возрастает электропроводность (или, что то же самое, уменьшается сопротивление). Напротив, термо- и фотоэлементы способны создавать электрический ток, то есть быть источниками электроэнергии. Полупроводниковый фотоэлемент состоит из кремниевого кристалла n-типа, в котором путём добавления примесей создана p-область (см. рисунок). На концах p-n-перехода самостоятельно возникает разноимённая электризация. То есть его можно рассматривать как источник кратковременного тока. Если же к p-n-переходу постоянно подводить световую энергию (то есть вызывать образование всё новых и новых пар «электрон-дырка»), получится постоянно действующий источник электроэнергии с напряжением около 1 В.

Полупроводниковый термоэлемент состоит из двух полупроводников p-типа и n-типа, не образующих p-n-переход. Они соединены металлической пластиной, к которой подводится тепло от нагревателя. Другие концы полупроводников касаются отдельных металлических контактов, которые охлаждают (показаны зелёным цветом). Это приводит к тому, что в них уменьшается количество свободных электронов и дырок, так как при более низкой температуре «примесные» электроны реже покидают атомы, значит и реже образуются дырки. Строго говоря, наличие двух полупроводников в термоэлементе не обязательно, так как они не касаются друг друга. Пару используют лишь для того, чтобы создать встречные потоки электронов и дырок, то есть более высокое напряжение. Наряду с этим, теплота, получаемая от источника тепла, используется полнее, что ведёт и к значительному росту КПД элемента.

Полупроводниковый диод – прибор с одним p-n-переходом и двумя контактами для включения в цепь. Диоды применяются для пропускания тока только в одном направлении, что необходимо для преобразования переменного тока в постоянный, а также для детектирования радиосигналов. Как правило, диоды изготавливают из кристалла германия или кремния, с проводимостью n-типа. В одну из поверхностей кристалла вплавляют каплю индия. Вследствие диффузии атомов индия в глубь второго кристалла, в нём образуется область p-типа. Остальная часть кристалла по-прежнему имеет проводимость n-типа. Между ними и возникает p-n-переход. Полупроводниковый триод или, что то же самое, транзистор – прибор с двумя p-n-переходами и тремя контактами для включения в цепь.

Если к полупроводнику не прикладывается внешнее напряжение, то результирующий ток через p-n переход отсутствует:

Это равенство устанавливается при определенной контактной разности потенциалов U_K. Эта разность потенциалов препятствует перемещению основных носителей заряда, т. е. создает потенциальный барьер. Для того чтобы преодолеть потенциальный барьер электрон должен обладать энергией W = q_eU_K. С увеличением потенциального барьера диффузионный ток должен убывать.

33. Прямое и обратное смещ за счет внешнего поля. Схема включ, соотнош. ВАХ p-n-перехода. Вольт-амперной характеристикой p-n перехода называется зависимость тока, протекающего через p-n переход, от величины и полярности приложенного напряжения. Аналитическое выражение ВАХ p-n перехода имеет вид:

где Iобр — обратный ток насыщения p-n перехода; U - напряжение, приложенное к p-n переходу.

При больших обратных напряжениях наблюдается пробой p-n перехода, при котором обратный ток резко увеличивается. Различают два вида пробоя: электрический (обратимый) и тепловой (необратимый).

Включение, при котором к p-n переходу прикладывается внешнее напряжение Uпр в противофазе с контактной разностью потенциалов, называется прямым. Прямое включение p-n перехода показано на рисунке:

Поступающие от внешнего источника в n-область электроны продвигаются к p-n переходу, создавая электронный ток In. По мере приближения к переходу, вследствие рекомбинации электронов с дырками, этот ток спадает до нуля. Суммарный же ток в n-области Iдиф = Ip + In во всех точках полупроводника n-типа остается неизменным. Одновременно с инжекцией дырок в n-область происходит инжекция электронов в p-область.

Включение, при котором к p-n переходу прикладывается внешнее напряжение Uобр в фазе с контактной разностью потенциалов, называется обратным. Этот случай иллюстрирует рисунок:

Под действием электрического поля, создаваемого внешним источником Uобр, основные носители оттягиваются от приконтактных слоев вглубь полупроводника. Это приводит к расширению p-n перехода (h' > h). Потенциальный барьер возрастает и становится равным Uб = Uк + Uобр. Число основных носителей, способных преодолеть действие результирующего поля, уменьшается. Это приводит к уменьшению диффузионного тока, который может быть определен по формуле . При обратном включении преобладающую роль играет дрейфовый ток. Он имеет небольшую величину, так как создается движением неосновных носителей. Этот ток называется обратным и может быть определен по формуле Iобр = Iдр — Iдиф. Величина обратного тока практически не зависит от напряжения Uобр. Это объясняется тем, что в единицу времени количество генерируемых пар «электрон — дырка» при неизменной температуре остается неизменным.

34. Устр-во и усл обознач выпрямит полупроводник диодов. ВАХ и осн пар-ры полупроводник диодов. Диод – двухэлектродный полупроводниковый прибор с одним p–n-переходом, обладающий односторонней проводимостью тока.

Работа выпрямительного диода объясняется свойствами электрического p–n-перехода. Вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и обладающий высоким электрическим сопротивлением, – так называемый запирающий слой. Этот слой определяет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер). Если к p–n-переходу приложить внешнее напряжение, создающее электрическое поле в направлении, противоположном полю электрического слоя, то толщина этого слоя уменьшится и при напряжении 0,4 - 0,6 В запирающий слой исчезнет, а ток существенно возрастет (этот ток называют прямым). При подключении внешнего напряжения другой полярности запирающий слой увеличится и сопротивление p–n-перехода возрастет, а ток, обусловленный движением неосновных носителей заряда, будет незначительным даже при сравнительно больших напряжениях. Полупроводниковый выпрямительный диод: а – условное графическое изображение, б – идеальная вольт-амперная характеристика, в – реальная вольт-амперная характеристика: Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

– максимально допустимый прямой ток Iпр.max,

– максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max,

– максимально допустимая частота fmax.

35. Биполярн транзисторы. Стр-ра и усл обознач. Коэф передачи тока и дифференц входное сопрот транзистора с ОБ. Термин «биполярный транзистор» связан с тем, что в этих транзисторах используются носители зарядов двух типов: электроны и дырки. Для изготовления транзисторов применяют те же полупроводниковые материалы, что и для диодов. В биполярных транзисторах с помощью трехслойной полупроводниковой структуры из полупроводников различной электропроводности создаются два p–n-перехода с чередующими типами электропроводности (p–n–p или n–p–n). Биполярные транзисторы конструктивно могут быть беcкорпусными (рис.1,а) (для применения, например, в составе интегральных микросхем) и заключенными в типовой корпус (рис. 1,б). Три вывода биполярного транзистора называются база, коллектор и эмиттер.

Рис. 1. Биполярный транзистор: а) p–n–p-структуры без корпуса, б) n–p–n-структуры в корпусе

В зависимости от общего вывода можно получить три схемы подключения биполярного транзистора: с общей базой (ОБ), общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ). Рассмотрим работу транзистора в схеме с общей базой:

Эмиттер инжектирует (поставляет) в базу электроны. Источники выбирают так, чтобы E2 >> E1. Резистор Rэ ограничивает ток открытого p–n-перехода. При E1 = 0 ток через коллекторный переход мал (обусловлен неосновными носителями), его называют начальным коллекторным током Iк0. Если E1 > 0, электроны преодолевают эмиттерный p–n-переход (E1 включена в прямом направлении) и попадают в область базы. Базу выполняют с большим удельным сопротивлением (малой концентрацией примеси), поэтому концентрация дырок в базе низкая. Следовательно, немногие попавшие в базу электроны рекомбинируют с ее дырками, образуя базовый ток Iб. Одновременно в коллекторном p–n-переходе со стороны E2 действует много большее поле, чем в эмиттерном переходе, которое увлекает электроны в коллектор. Поэтому подавляющее большинство электронов достигают коллектора. Эмиттерный и коллекторный токи связаны коэффициентом передачи тока эмиттера:

при Uкб = const.

Всегда ∆Iк < ∆Iэ, а a = 0,9 - 0,999 для современных транзисторов.

В рассмотренной схеме Iк = Iк0 + aIэ» Iэ. Следовательно, схема биполярного транзистора с общей базой обладает низким коэффициентом передачи тока. Из-за этого ее применяют редко, в основном в высокочастотных устройствах, где по усилению напряжения она предпочтительнее других.

36. Входная и выходная хар-ка транхистора с ОЭ. h-параметры и схема замещ транзистора с ОЭ. Основной схемой включения биполярного транзистора является схема с общим эмиттером:

Для нее по первому закону Кирхгофа можно записать Iб = Iэ – Iк = (1 – a)Iэ – Iк0.

Учитывая, что 1 – a = 0,001 - 0,1, имеем Iб << Iэ» Iк.

Найдем отношение тока коллектора к току базы:

Это отношение называют коэффициентом передачи тока базы. При a = 0,99 получаем b = 100. Если в цепь базы включить источник сигнала, то такой же сигнал, но усиленный по току в b раз, будет протекать в цепи коллектора, образуя на резисторе Rк напряжение много большее, чем напряжение источника сигнала.

Для оценки работы биполярного используются семейства входных и выходных вольтамперных характеристик (ВАХ). Семейство входных ВАХ устанавливают зависимость входного тока от входного напряжения Uбэ при Uк = const, рис. 4,а. Семейство выходных ВАХ устанавливает зависимость тока коллектора от напряжения на нем при определенном токе базы или эмиттера (в зависимости от схемы с общим эмиттером или общей базой), рис. 4, б.

Для оценки максимально допустимых режимов работы транзисторов используют основные параметры:

1) максимально допустимое напряжение коллектор–эмиттер (для различных транзисторов Uкэ макс = 10 - 2000 В),

2) максимально допустимая мощность рассеяния коллектора Pк макс – по ней транзисторы делят на транзисторы малой мощности (до 0,3 Вт), средней мощности (0,3 - 1,5 Вт) и большой мощности (более 1,5 Вт), транзисторы средней и большой мощности часто снабжаются специальным теплоотводящим устройством – радиатором,

3) максимально допустимый ток коллектора Iк макс – до 100 А и более,

4) граничная частота передачи тока fгр (частота, на которой h21 становится равным единице), по ней биполярные транзисторы делят:

- на низкочастотные – до 3 МГц,

- среднечастотные – от 3 до 30 МГц,

- высокочастотные – от 30 до 300 МГц,

- сверхвысокочастотные – более 300 МГц.

37. Тиристоры. Структ схема, усл обознач, принцип работы. ВАХ. Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т. е. включаться. Для его выключения (при работе на постоянном токе) необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие спадание прямого тока до нуля. Тиристорный ключ может проводить ток только в одном направлении, а в закрытом состоянии способен выдержать как прямое, так и обратное напряжение. Тиристор имеет четырехслойную p-n-p-n-структуру с тремя выводами: анод (A), катод (C) и управляющий электрод (G), что отражено на рис. 1

На рис. 1, b представлено семейство выходных статических ВАХ при различных значениях тока управления iG. Предельное прямое напряжение, которое выдерживается тиристором без его включения, имеет максимальные значения при iG = 0. При увеличении тока iG прямое напряжение, выдерживаемое тиристором, снижается. Включенному состоянию тиристора соответствует ветвь II, выключенному – ветвь I, процессу включения – ветвь III. Удерживающий ток или ток удержания равен минимально допустимому значению прямого тока iA, при котором тиристор остается в проводящем состоянии. Этому значению также соответствует минимально возможное значение прямого падения напряжения на включенном тиристоре. Ветвь IV представляет собой зависимость тока утечки от обратного напряжения. При превышении обратным напряжением значения UBO начинается резкое возрастание обратного тока, связанное с пробоем тиристора. Характер пробоя может соответствовать необратимому процессу или процессу лавинного пробоя, свойственного работе полупроводникового стабилитрона.

Включение обычного тиристора осуществляется подачей импульса тока в цепь управления положительной, относительно катода, полярности.

При включении тиристора в цепь переменного тока возможно осуществление следующих операций:

· включение и отключение электрической цепи с активной и активно-реактивной нагрузкой;

· изменение среднего и действующего значений тока через нагрузку за счёт того, что имеется возможность регулировать момент подачи сигнала управления.

38. Выпрямители. Структ схема неуправл выпрямит устр-ва. Однополупериодн выпрямит. Выпрямитель - статическое устройство, служащее для преобразования переменного тока источника электроэнергии (сети) в постоянный. Выпрямитель состоит из трансформатора, вентильной группы и сглаживающего фильтра (рис. 1). Трансформатор Тр выполняет несколько функций: изменяет напряжение сети Uвх до значения U1 необходимого для выпрямления, электрически отделяет нагрузку Н от сети, преобразует число фаз переменного тока. Вентильная группа ВГ преобразует переменный ток в пульсирующий однонаправленный. Сглаживающий фильтр СФ уменьшает пульсации выпрямленного напряжения (тока) до значения, допустимого для работы нагрузки. Трансформатор Тр и сглаживающий фильтр СФ не являются обязательными элементами схемы выпрямителя.

Однофазная однополупериодная схема выпрямления (mc=1, m1=1, m=1) mс - число фаз напряжения сети, m1 - число фаз напряжения на входе схемы выпрямления (на выходе трансформатора), m = fп / fc - коэффициент, равный отношению частоты пульсации выходного напряжения к частоте напряжения сети. В качестве вентилей изображены полупроводниковые диоды.

Однополупериодные выпрямители применяются крайне редко. Такой выпрямитель пропускает в нагрузку только один полупериод напряжения. Кроме того, ток от источника переменного тока будет поступать на нагрузку только в течение полупериода, что означает его неэффективное использование. Вместе с тем, однополупериодный выпрямитель является простым средством понижения мощности в схемах с резистивной нагрузкой.

Дата добавления: 2015-05-06